DE68911150T2 - AN ELECTRICAL MACHINE USING A SUPRAL-CONDUCTING ELEMENT. - Google Patents
AN ELECTRICAL MACHINE USING A SUPRAL-CONDUCTING ELEMENT.Info
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Description
Die vorliegende Patentanmeldung ist verwandt mit der EP-A-0 436 623 (Agarwala) vom 26. September 1989, die gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereicht wird. Auf die gesamte Offenbarung dieser Parallelanmeldung wird hierin Bezug genommen.The present patent application is related to EP-A-0 436 623 (Agarwala) dated September 26, 1989, which is filed concurrently with this application. The entire disclosure of this parallel application is incorporated herein by reference.
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Energieumformer, bei denen ein Supraleiter-Element verwendet wird.The present invention relates to electrical energy converters using a superconducting element.
Bei elektrischen Energieumformern werden die Prinzipien der elektromechanischen Energieumwandlung ausgenutzt, um Energie aus der mechanischen in die elektrische Form umzuwandeln oder umgekehrt. Die Energieumwandlung kann als Translations- oder als Drehbewegung oder beides realisiert werden. In der folgenden Diskussion soll lediglich als Beispiel in erster Linie die von einem Rotations-Energieumformer erzeugte Drehbewegung behandelt werden, und es wird davon ausgegangen, daß sich der Fall der Translationsbewegung leicht aus dem Fall der Drehbewegung ableiten läßt. Rotations-Energieumformer sind allgemein bekannt und umfassen Synchron-, Induktions- und Gleichstrommaschinen. Rotations-Energieumformer lassen sich unter den entsprechenden Bedingungen als Generator oder Motor einsetzen. Die Grundprinzipien, mit denen die Arbeitsweise dieser Energieumformer erklärt werden können, sind im wesentlichen gleich: Spannungen lassen sich durch die relative Bewegung eines Magnetfeldes gegenüber einer Wicklung erzeugen, und Drehmomente können durch eine Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern einer Stator- und einer Rotorwicklung erzeugt werden. Für einen allgemeinen Überblick über diese Prinzipien und entsprechende Hinweise läßt sich zum Beispiel auf "Electric Machinery" ("Elektrische Energieumforzner") von Fitzgerald et al., herausgegeben 1971 von McGraw-Hill, Inc., verweisen.Electrical energy converters exploit the principles of electromechanical energy conversion to convert energy from mechanical to electrical form or vice versa. The energy conversion can be realized as translational or rotary motion or both. In the following discussion, the rotary motion generated by a rotary energy converter will be treated primarily as an example only, and it is assumed that the case of translational motion can be easily derived from the case of rotary motion. Rotary energy converters are well known and include synchronous, induction and direct current machines. Rotary energy converters can be used as a generator or motor under the appropriate conditions. The basic principles that explain the operation of these energy converters are essentially the same: voltages can be generated by the relative motion of a magnetic field with respect to a winding, and torques can be generated by an interaction between the magnetic fields of a stator and a rotor winding. For a general overview of these principles and relevant references, see, for example, "Electric Machinery" by Fitzgerald et al., published in 1971 by McGraw-Hill, Inc.
Obwohl die grundlegenden Prinzipien seit der Entwicklung der ersten elektrischen Energieumformer im vorigen Jahrhundert unverändert geblieben sind, wurden dramatischen Veränderungen bei den Werkstoffen und dem Stand der Technik vermerkt, um stärkere Rotations-Energieumformer mit einem höheren Wirkungsgrad zu entwickeln.Although the basic principles have remained unchanged since the development of the first electrical energy converters in the last century, dramatic changes in materials and technology have been noted to develop more powerful, more efficient rotary energy converters.
Zum Beispiel ist es traditionsgemäß der Fall, daß man bei Gleichstrommaschinen stromführende Leiter, die als Armatur bezeichnet werden, verwendet und auf einem Rotor anbringt; daß man einen Feldwicklungs-Stromkreis auf einem Stator anbringt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, so daß man ein Mittel zur elektro-mechanischen Energieumwandlung erhält; sowie verschiedene Arten von mechanischen Gleitkontakt-Anordnungen für die Stromzuführung zu den sich bewegenden Leitern, im allgemeinen Kohlenstoffbürsten und Kommutatoren. Dieses letztere Teil, die mechanische Gleitkontakt-Anordnung, kann jedoch die Arbeitsweise der Gleichstrommaschine beeinträchtigen. Das ist deshalb der Fall, weil die Fähigkeit zur Übertragung des erforderlichen Armaturenstromes über den Bürstenkontakt am Kommutator ohne Funkenbildung und ohne übermäßige lokale Verluste und Aufheizung der Bürsten und des Kommutators ein einschränkender Faktor für den erfolgreichen Betrieb der Gleichstrommaschine sein kann.For example, it is traditionally the case that DC machines use current-carrying conductors called armatures and mount them on a rotor; that a field winding circuit is mounted on a stator to create a magnetic field, thus providing a means of electro-mechanical energy conversion; and that various types of mechanical sliding contact arrangements for supplying current to the moving conductors, generally carbon brushes and commutators. However, this latter part, the mechanical sliding contact arrangement, can affect the operation of the DC machine. This is because the ability to transfer the required armature current across the brush contact on the commutator without sparking and without excessive local losses and heating of the brushes and commutator can be a limiting factor in the successful operation of the DC machine.
Eine wichtige Antwort auf dieses Problem war die Entwicklung einer bürstenlosen Gleichstrommaschine und insbesondere des bürstenlosen Gleichstrommotors vor verhältnismäßig kurzer Zeit. Hier wurde das Aufkommen der elektronischen Halbleiter-Bauelemente ausgenutzt, so daß die mechanische Gleitkontakt-Anordnung durch elektronische Halbleiter-Fühler und Schaltvorrichtungen ersetzt werden können. Entsprechend dieser Veränderung wird außerdem bei der bürstenlosen Gleichstrommaschine die Armaturenwicklung typischerweise auf dem Stator angebracht. Verwiesen sei zum Beispiel auf "DC Motor- Speed Controls-Servo Systems, An Engineering Handbook" ("Gleichstrommotoren - Geschwindigkeitsregelung - Servosysteme, Ein technisches Handbuch") von Electro-Craft Corporation, Hopkins, Minnesota, herausgegeben 1980.An important response to this problem was the relatively recent development of the brushless DC machine, and in particular the brushless DC motor. This took advantage of the advent of semiconductor electronic components, so that the mechanical sliding contact arrangement can be replaced by semiconductor electronic sensors and switching devices. In line with this change, the armature winding in the brushless DC machine is also typically mounted on the stator. For example, see "DC Motor- Speed Controls-Servo Systems, An Engineering Handbook"("DC Motors - Speed Controls - Servo Systems, A Technical Handbook") by Electro-Craft Corporation, Hopkins, Minnesota, published in 1980.
Diese Diskussion über Fortschritte bei Gleichstrommaschinen dient nur zur Illustration, und es sei darauf verwiesen, daß bedeutende neuerliche Fortschritte ebenfalls bei Wechselstrom-Synchronmaschinen und Induktionsmaschinen realisiert wurden. Eine elektromagnetische Aufhängungs- und Positionierungsvorrichtung ist in US-A-3572854 offengelegt.This discussion of advances in DC machines is for illustrative purposes only, and it should be noted that significant recent advances have also been made in AC synchronous machines and induction machines. An electromagnetic suspension and positioning device is disclosed in US-A-3572854.
Ich habe nun eine neue Art der Nutzung von supraleitenden Werkstoffen und Magneten zum Bau eines neuartigen elektrischen Energieumformers entdeckt. Der erfindungsgemäße Umformer kann unter den entsprechenden Bedingungen als Wechselstrom-Synchronmotor oder -Generator, als bürstenloser Gleichstrommotor oder -Generator oder als Induktionsmotor oder -Generator verwendet werden.I have now discovered a new way of using superconducting materials and magnets to build a new type of electrical energy converter. The converter according to the invention can be used under the appropriate conditions as an AC synchronous motor or generator, as a brushless DC motor or generator, or as an induction motor or generator.
Der Energieumformer besteht ausThe energy converter consists of
a) einem Supraleiterlager;a) a superconductor bearing;
b) einem magnetischen Rotor, der so angeordnet werden kann, daß er schwebend gelagert ist, sich gegenüber dem Supraleiterlager bewegt und ein erstes Magnetfeld erzeugt; undb) a magnetic rotor which can be arranged so that it is suspended, moves relative to the superconductor bearing and generates a first magnetic field; and
c) einem Stator mit einer an eine Energie-Quelle/-Ableitvorrichtung anschließbaren Ankerwicklung zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes zwischen Stator und Rotor, wobei sich das erste und zweite Magnetfeld gegenseitig so beeinflussen, daß ein elektromagnetischen Drehmoment erzeugt wird, welches der Drehung des Rotors entgegenwirkt, wenn der Energieumformer als Generator arbeitet, und in Drehrichtung wirkt, wenn der Energieumformer als Motor arbeitet.c) a stator with an armature winding that can be connected to an energy source/dissipation device to generate a second magnetic field between the stator and the rotor, whereby the first and second magnetic fields influence each other in such a way that an electromagnetic torque is generated that counteracts the rotation of the rotor when the energy converter operates as a generator and acts in the direction of rotation when the energy converter operates as a motor.
Der vorbeschriebene Energieumformer ist für viele Anwendungsgebiete geeignet und bietet gegenüber den bekannten elektrischen Energieumformern außergewöhnliche Vorteile. Das trifft aus folgenden Gründen zu. Bei der Erfindung wird der Meißner-Effekt ausgenutzt, d.h. es wird zwischen dem Supraleiterlager und dem magnetischen Rotor ein induziertes Rückstoß-Kraftfeld oder ein Verdrängungsfeld entwickelt. Das wiederum kann zusammen mit den zwischen den Elementen des vorbeschriebenen Energieumformers entstehenden Veränderungen des Magnetfeldes ausgenutzt werden, um eine extrem stabile schwebende Lagerung des magnetischen Rotors gegenüber dem Supraleiterlager selbst bei sehr hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten des Rotors zu erzeugen, z.B. bei Umdrehungsgeschwindigkeiten von mindestens 300 000 U/min. Darüberhinaus trägt das zwischen dem Supraleiterlager und dem magnetischen Rotor entstandene Magnetfeld dazu bei, daß ein im wesentlichen reibungsloser Energieumformer entsteht, d.h. daß an der durch das Supraleiterlager und den magnetischen Rotor definierten Grenzfläche ein Reibungskoeffizient von etwa Null entsteht.The energy converter described above is suitable for many applications and offers, compared to the known electrical energy converters exceptional advantages. This is the case for the following reasons. The invention makes use of the Meissner effect, ie an induced recoil force field or a displacement field is developed between the superconductor bearing and the magnetic rotor. This in turn can be used together with the changes in the magnetic field arising between the elements of the energy converter described above to produce an extremely stable floating bearing of the magnetic rotor relative to the superconductor bearing even at very high rotational speeds of the rotor, e.g. at rotational speeds of at least 300,000 rpm. In addition, the magnetic field generated between the superconductor bearing and the magnetic rotor contributes to the creation of an essentially frictionless energy converter, ie that a friction coefficient of approximately zero arises at the interface defined by the superconductor bearing and the magnetic rotor.
Wie oben zusammengefaßt ist, kann der magnetische Rotor so angeordnet werden, daß er schwebend gelagert ist und sich gegenüber dem Supraleiterlager bewegt (oder umgekehrt). Die Bewegung kann sowohl eine Translations- oder eine Drehbewegung oder beides sein.As summarized above, the magnetic rotor can be arranged so that it is suspended and moves relative to the superconductor bearing (or vice versa). The movement can be either translational or rotational, or both.
Zu den bevorzugten Aus führungs formen des magnetischen Rotors gehört die Verwendung eines magnetischen Rotors mit einer entsprechend gestalteten Magnetpol-Konfiguration. Beispielsweise hat bei einer Ausführung der Erfindung der magnetische Rotor vorzugsweise eine Konfiguration mit n Polpaaren, wobei n mindestens zwei ist. Der magnetische Rotor hat vorzugsweise die Form einer "tortenförmigen" Scheibe, wobei definiert werden kann, daß n "Tortenstücke" abwechselnd eine Nord-Süd-Magnetisierung haben. Der magnetische Rotor kann wiederum als Beispiel die Form eines Rechtecks haben, wobei die Spalten in dem rechteckigen magnetischen Rotor abwechselnd den Nord-Süd-Magnetisierungen zugeordnet sind. Bei einem weiteren Beispiel kann der magnetische Rotor die Form eines Ringes mit konzentrischen und abwechselnden Nord-Süd- Magnetisierungen haben.Preferred embodiments of the magnetic rotor include the use of a magnetic rotor with a correspondingly designed magnetic pole configuration. For example, in one embodiment of the invention, the magnetic rotor preferably has a configuration with n pole pairs, where n is at least two. The magnetic rotor preferably has the shape of a "pie-shaped" disk, where n "pie slices" can be defined as having alternating north-south magnetization. The magnetic rotor can again, for example, have the shape of a rectangle, with the columns in the rectangular magnetic rotor being alternately associated with the north-south magnetizations. In another example, the magnetic rotor can have the shape of a ring with concentric and alternating north-south magnetizations.
Im Betrieb kann der Energieumformer durch den magnetischen Rotor eine Last in Bewegung versetzen. Die Bewegung der Rotorlast kann durch die Anwendung von Kraft- oder Drehmomenten-Gleichungen verstanden werden. Beispielsweise kann der Energieumformer als mechanisches Rotationssystem betrachtet und dabei folgendermaßen beschrieben werden:In operation, the energy converter can set a load in motion through the magnetic rotor. The movement of the rotor load can be understood by applying force or torque equations. For example, the energy converter can be considered as a mechanical rotation system and described as follows:
(1) Rotor/Last-Masse (Trägheitsmoment J).(1) Rotor/load mass (moment of inertia J).
(2) Auf Rotor/Last ausgeübtes Drehmoment (T), das durch ein sich veränderndes Magnetfeld induziert wird;(2) Torque (T) exerted on rotor/load induced by a changing magnetic field;
(3) Elastizität oder Steifigkeit K der Rotor/Last-Masse, die für das anliegende Drehmoment eine rückstellende Kraft (analog einer Feder) sein kann.(3) Elasticity or stiffness K of the rotor/load mass, which can be a restoring force (analogous to a spring) for the applied torque.
Im allgemeinen tritt die Steifigkeit K des Energieumformers in Form der Bewegung des auf dem Supraleiterlager schwebend gelagerten magnetischen Rotors auf. Die Steifigkeit K kann durch den Werkstoff und die Mikrostruktur-Eigenschaften des Supraleiterlagers sowie durch die auf den magnetischen Rotor übertragene Anordnung der Magnetpole bestimmt werden. Insbesondere gibt es theoretische Überlegungen darüber, daß die Steifigkeit mit der Tatsache zusammenhängt, daß das Supraleiterlager nicht einfach den magnetischen Rotor abstößt (Meißner-Effekt), sondern eigentlich die magnetischen Feldlinien bindet, die im Supraleiter auf Grund des teilweisen Eindringens des magnetischen Flusses entstanden sind, und dadurch den magnetischen Rotor gegenüber dem Supraleiterlager hält. Diese Haltewirkung entspricht wiederum der Steifigkeit des Energieumformers.In general, the stiffness K of the energy converter occurs in the form of the movement of the magnetic rotor suspended on the superconductor bearing. The stiffness K can be determined by the material and the microstructure properties of the superconductor bearing as well as by the arrangement of the magnetic poles transferred to the magnetic rotor. In particular, there are theoretical considerations that the stiffness is related to the fact that the superconductor bearing does not simply repel the magnetic rotor (Meissner effect), but actually binds the magnetic field lines that have arisen in the superconductor due to the partial penetration of the magnetic flux, and thus holds the magnetic rotor relative to the superconductor bearing. This holding effect in turn corresponds to the stiffness of the energy converter.
Die Erfindung wird durch die Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail by the drawing. It shows
Fig. 1 ein Prozeßablaufdiagramm für die Herstellung eines Supraleiterlagers;Fig. 1 is a process flow diagram for the production of a superconductor bearing;
Fig. 2 die wesentlichen Teile zur Regelung eines bürstenlosen Gleichstrommotors;Fig. 2 the essential parts for controlling a brushless DC motor;
Fig. 3A-C die Bauteile eines Energieumformers, der nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gebaut wurde; undFig. 3A-C show the components of an energy converter built according to the principles of the present invention; and
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Energieumformer.Fig. 4 shows an energy converter according to the invention.
Im folgenden werden bevorzugte Merkmale des erfindungsgemäßen Energieumformers beschrieben.Preferred features of the energy converter according to the invention are described below.
Das Supraleiterlager kann aus einem Supraleiter 1. Art oder einem Supraleiter 2. Art bestehen. Bei einem Supraleiter 1. Art kann ein direkter magnetischer Übergang vom supraleitenden Meißner-Zustand in einen normalen Zustand erfolgen, der durch ein Magnetisierungsfeld Hc mit kritischem Phasenübergang gekennzeichnet ist. Der Supraleiter 1. Art kann ein angelegtes Magnetfeld vollständig aus seinem Inneren verdrängen, solange H kleiner ist als das kritische Feld Hc. (Diese Eigenschaft ist der Meißner-Effekt). Bei H > Hc verliert dagegen der Supraleiter 1. Art alle seine supraleitenden Eigenschaften. Folglich wird bei der vorliegenden Erfindung das Supraleiterlager 1. Art zweckmäßigerweise unter dem kritischen Feld Hc gehalten. Supraleiter 1. Art werden als weich bezeichnet (im Gegensatz zu den harten Supraleitern 2. Art), und dazu gehören alle natürlichen Supraleiter außer Vanadium und Niob.The superconductor bearing can consist of a type 1 superconductor or a type 2 superconductor. In a type 1 superconductor, a direct magnetic transition can occur from the superconducting Meissner state to a normal state, which is characterized by a magnetization field Hc with a critical phase transition. The type 1 superconductor can completely displace an applied magnetic field from its interior as long as H is smaller than the critical field Hc. (This property is the Meissner effect). In contrast, when H > Hc, the type 1 superconductor loses all its superconducting properties. Consequently, in the present invention, the type 1 superconductor bearing is expediently kept below the critical field Hc. Type 1 superconductors are referred to as soft (in contrast to the hard type 2 superconductors), and these include all natural superconductors except vanadium and niobium.
Bei Supraleitern 2. Art erfolgt im Gegensatz zu den Supraleitern 1. Art kein direkter Übergang vom normalen zum supraleitenden Zustand. Ein Supraleiter 2. Art weist den vollständigen Meißner-Effekt nur unterhalb eines niedrigeren kritischen Magnetisierungsfeldes Hc1 auf. Zwischen Hc1 und einem höheren kritischen Magnetisierungsfeld Hc2 (d.h. Hc1 < H < Hc2) definiert der Supraleiter 2. Art einen gemischten Zustand. Dieser gemischte Zustand ist ein Beispiel für eine inhomogene supraleitende Phase, und ein externes Magnetfeld kann in das Volumen des Supraleiters eindringen. Außerhalb von Hc2 weist der Supraleiter 2. Art schließlich nicht mehr die charakteristischen supraleitenden Eigenschaften auf.In contrast to superconductors of the first type, there is no direct transition from the normal to the superconducting state in superconductors of the second type. A superconductor of the second type only exhibits the complete Meissner effect below a lower critical magnetization field Hc1. Between Hc1 and a higher critical magnetization field Hc2 (ie Hc1 < H < Hc2) defines a mixed state for the type 2 superconductor. This mixed state is an example of an inhomogeneous superconducting phase, and an external magnetic field can penetrate into the volume of the superconductor. Outside of Hc2, the type 2 superconductor no longer exhibits the characteristic superconducting properties.
Wie vorstehend gezeigt wurde, können die harten Supraleiter 2. Art den weichen Supraleitern 1. Art gegenüberstellt werden. Zu den Supraleitern 2. Art gehören supraleitende Verbindungen und Legierungen, z.B. eine supraleitende Keramik mit einem 1-2-3-Y-BaCu-Oxid. Die Supraleiter-Sprungtemperatur dieses Werkstoffs liegt in der Nähe von 90 K und hat ein oberes kritisches Magnetisierungsfeld Hc2 > > 100 K Oe.As shown above, hard superconductors of the second type can be contrasted with soft superconductors of the first type. Superconductors of the second type include superconducting compounds and alloys, e.g. a superconducting ceramic with a 1-2-3-Y-BaCu oxide. The superconducting transition temperature of this material is close to 90 K and has an upper critical magnetization field Hc2 > > 100 K Oe.
Sowohl bei Supraleitern 1. als auch solchen 2. Art ist das kritische Magnetisierungsfeld (Hc für die 1. Art und Hcl für die 2. Art) für schwebende Lagerung relativ niedrig, typischerweise weniger als einige hundert Oersted. Folglich enthält bei der vorliegenden Erfindung das Supraleiterlager vorzugsweise einen Supraleiter 2. Art, weil Hc2 wesentlich höher sein kann als Hc1. Außerdem werden die Supraleiter 2. Art deshalb bevorzugt, weil man annimmt, daß das Eindringen des Magnetflusses und das Binden innerhalb dieser Supraleiter eine seitliche Stabilität bei der Erscheinung der schwebenden Lagerung hervorruft und diese Eigenschaften bei Supraleitern 1. Art fehlen können. Sowohl bei Supraleitern 1. als auch solchen 2. Art kann das Eindringen des Magnetflusses und das Binden durch die selektive Anwendung von Verunreinigungen verbessert werden, z.B. durch die Zugabe von Silber oder Silberoxid-Verunreinigungen zu Y-Ba-Cu-Oxidhaltigen Supraleitern 2. Art. Weiterhin kann das Eindringen des Magnetflusses und das Binden durch strukturelle und physikalische Methoden verbessert werden, z.B. durch Mikrorillen und physikalische Strukturierung auf dem Supraleiter im makroskopischen oder mikroskopischen Bereich. Weitere Einzelheiten über Supraleiter im allgemeinen sind in der Arbeit von Duzer und Turner, Principles of Superconductive Devices and Circuits (Prinzipien supraleitender Bauteile und Schaltkreise), Elsevier, New York, 1981, Kapitel 6 und 8, sowie der Arbeit von Ashcroft und Mermein, Solid State Physics (Festkörperphysik), Holt-Saunders, New York, 1976, enthalten.In both type I and type II superconductors, the critical magnetization field (Hc for type I and Hcl for type II) for levitation is relatively low, typically less than a few hundred oersteds. Thus, in the present invention, the superconductor bearing preferably contains a type II superconductor because Hc2 can be significantly higher than Hc1. In addition, type II superconductors are preferred because it is believed that magnetic flux penetration and bonding within these superconductors induce lateral stability in the levitation phenomenon, properties which may be lacking in type I superconductors. In both type 1 and type 2 superconductors, magnetic flux penetration and bonding can be improved by the selective application of impurities, e.g. by adding silver or silver oxide impurities to type 2 Y-Ba-Cu oxide superconductors. Furthermore, magnetic flux penetration and bonding can be improved by structural and physical methods, e.g. by microgrooving and physical patterning on the superconductor at the macroscopic or microscopic level. Further details on superconductors in general can be found in the work of Duzer and Turner, Principles of Superconductive Devices and Circuits, Elsevier, New York, 1981, Chapters 6 and 8, and the work of Ashcroft and Mermein, Solid State Physics, Holt-Saunders, New York, 1976.
Wie soeben erläutert, besteht das Supraleiterlager vorzugsweise aus einem Supraleiter 2. Art. Ein bevorzugtes Supraleiterlager 2. Art ist ein Y-Ba-Cu-Oxid, das als "1-2-3"- Phase bekannt ist. Diese Zusammensetzung wird deshalb bevorzugt, weil sie eine hohe Supraleitungs-Sprungtemperatur TC hat; weil sie eine starke Anisotropie der magnetischen und elektrischen Eigenschaften hat; weil sie ein großes oberes kritisches Feld Hc2 hat; und weil sie sowohl bei Einkristallen als auch bei gesinterter Keramik einen deutlichen Meißner-Effekt und eine deutliche Bindung des Magnetflusses aufweist. Das 1-2-3-Y-Ba-Cu-Oxid ist ein extremer Supraleiter 2. Art und hat eine Supraleitungs-Sprungtemperatur von ca. 90 - 95 K. Diese hohe Sprungtemperatur hat den Vorteil, daß sich eine erforderliche Tiefsttemperaturkühlung leicht mit flüssigem Stickstoff erzielen läßt.As just explained, the superconductor bearing is preferably made of a type II superconductor. A preferred type II superconductor bearing is a Y-Ba-Cu oxide known as the "1-2-3" phase. This composition is preferred because it has a high superconducting transition temperature TC; because it has a strong anisotropy of the magnetic and electrical properties; because it has a large upper critical field Hc2; and because it exhibits a significant Meissner effect and magnetic flux binding in both single crystals and sintered ceramics. The 1-2-3-Y-Ba-Cu oxide is an extreme superconductor of the second type and has a superconducting transition temperature of approx. 90 - 95 K. This high transition temperature has the advantage that the required ultra-low temperature cooling can easily be achieved with liquid nitrogen.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß das bevorzugte Supraleiterlager zwar ein Y-Ba-Cu-Oxid ist, daß aber die neuesten Arbeiten mit einem Bi-Sr-Ca-Cu-Oxid-system und einem Ti-Ba- Ca-Cu-Oxidsystem darauf hindeuten, daß diese Systeme in naher Zukunft vorteilhaft angewendet werden könnten. Bei den letzteren Systemen lassen sich supraleitende Phasen bei höheren Temperaturen realisieren; die bestehenden Unsicherheiten z.B. in Bezug auf ihre Reproduzierbarkeit und Isolierung deuten jedoch auf eine bevorzugte Verwendung des "traditionellen" 1-2-3-Y-Ba-Cu-Oxids hin.It should be noted that although the preferred superconductor bearing is a Y-Ba-Cu oxide, recent work with a Bi-Sr-Ca-Cu oxide system and a Ti-Ba-Ca-Cu oxide system suggests that these systems could be advantageously used in the near future. In the latter systems, superconducting phases can be realized at higher temperatures; however, the existing uncertainties, e.g. with regard to their reproducibility and insulation, indicate a preferred use of the "traditional" 1-2-3 Y-Ba-Cu oxide.
Es soll jetzt ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Pulvern aus 1-2-3-Y-Ba-Cu-Oxid (sowie Bi- oder Ti-haltigen Cu-Oxiden) behandelt werden. Die Aufmerksamkeit soll ebenfalls auf das in FIG. 1 dargestellte Fließdiagramm gelenkt werden. Dafür wird eine Y-, Ba- und Cu- Kationen-haltige wäßrige Lösung im erforderlichen stöchiometrischen Verhältnis (1:2:3) mit einer Gesamtkonzentration der Metallionen von ca. 1 M hergestellt. Typisch dafür ist die Verwendung entweder des Metallchlorids, derNitratsalze oder eines Gemischs. Die Metall-Salz-Lösung (pH 2-3) mit Raumtemperatur wird einer innig gerührten, gepufferten, kalten (5-10 ºC) Lauge zugesetzt, die die entsprechenden Mengen Natrium- oder Kaliumhydroxid und -karbonat enthält, daß es zu einer vollständigen Ausfällung der Metallionen kommt und nach Beendigung der Zugabe pH 10-11 aufrecht erhalten wird. Der Niederschlag wird kurz danach entweder durch Filtration oder Zentrifugieren gesammelt und mit destilliertem Wasser gründlich gewaschen, um die restlichen Natrium/Kalium- und Chlorid/Nitrat-Ionen zu entfernen. Da das Bariumhydroxid/karbonat bei neutralem pH teilweise löslich ist, wird der pH-Wert des Filtrats überwacht und das Waschen bei pH 10 abgebrochen. Das gewaschene Mischfällungsprodukt wird bei 80 ºC in Luft getrocknet, mechanisch zu feinem Pulver vermahlen und in einem Strom trockener Luft oder Sauerstoff sechs Stunden bei 900-950 ºC kalziniert. Der entstehende schwarze, bröcklige Feststoff wird erneut gemahlen, so daß ein schwarzes, feuchtigkeitsempfindliches Pulver entsteht. Das Pulver wird zu Pellets kaltgepreßt (10 000 psig), die 2-12 Stunden bei 950-1000 ºC in Sauerstoff gesintert, 6-12 Stunden bei 400-500 ºC in Sauerstoff getempert und danach in Sauerstoff langsam auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Die nach diesem Verfahren hergestellten Proben sind alle einphasig und haben typischerweise eine Temperatur (Beginn) von 90-95 K, die durch die magnetische Empfindlichkeit bei Gleich- und Wechselstrom bestimmt wird.A preferred process for the preparation of superconducting powders from 1-2-3-Y-Ba-Cu oxide (as well as Bi- or Ti-containing Cu oxides) will now be discussed. Attention should also be drawn to the flow diagram shown in FIG. 1. For this purpose, a Y-, Ba- and Cu- Prepare a cation-containing aqueous solution in the required stoichiometric ratio (1:2:3) with a total metal ion concentration of approximately 1 M. Typically, this involves the use of either the metal chloride, the nitrate salts, or a mixture. The room temperature metal salt solution (pH 2-3) is added to a thoroughly stirred, buffered, cold (5-10 ºC) brine containing appropriate amounts of sodium or potassium hydroxide and carbonate to cause complete precipitation of the metal ions and maintain a pH of 10-11 after addition is complete. The precipitate is collected shortly thereafter, either by filtration or centrifugation, and washed thoroughly with distilled water to remove residual sodium/potassium and chloride/nitrate ions. Since the barium hydroxide/carbonate is partially soluble at neutral pH, the pH of the filtrate is monitored and washing is stopped at pH 10. The washed coprecipitate is dried in air at 80ºC, mechanically ground to a fine powder, and calcined in a stream of dry air or oxygen at 900-950ºC for six hours. The resulting black, friable solid is reground to form a black, moisture-sensitive powder. The powder is cold pressed (10,000 psig) into pellets which are sintered in oxygen at 950-1000ºC for 2-12 hours, annealed in oxygen at 400-500ºC for 6-12 hours, and then slowly cooled to room temperature in oxygen. The samples prepared by this process are all single phase and typically have an onset temperature of 90-95 K as determined by DC and AC magnetic sensitivity.
Zur Erzielung der Schwebekräfte mit maximalem Meißner-Effekt werden vollständig dichte keramische Supraleiter-Stücke bevorzugt. Um Dichten von mehr als 60-80 % der theoretischen Dichte, die durch das Brennen von kaltgepreßten Proben (s. oben) erreicht wurden, zu erzielen, werden vorzugsweise Heißpreßverfahren angewendet. So lassen sich bei supraleitender Keramik aus 1-2-3-Y-Ba-Cu-Oxid durch Heißpressen im Anschluß an das Tempern in Sauerstoff Dichten von über 90 % erreichen. Die Dichte läßt sich durch isostatisches Heiß pressen (HIP) noch weiter erhöhen auf größer als 99 % der theoretischen Dichte. Es ist außerdem möglich, die Orientierung der Keramikkörner während der Verdichtungsbearbeitung zu verbessern. Um den Sauerstoffverlust beim HIP auszugleichen, sind typischerweise längere Zeiten beim Tempern in Sauerstoff erforderlich.To achieve levitation forces with maximum Meissner effect, completely dense ceramic superconductor pieces are preferred. To achieve densities of more than 60-80% of the theoretical density achieved by firing cold-pressed samples (see above), hot-pressing processes are preferably used. For example, superconducting ceramics made of 1-2-3-Y-Ba-Cu oxide can be obtained by hot-pressing in the Following oxygen annealing, densities of over 90% can be achieved. The density can be further increased to greater than 99% of the theoretical density by hot isostatic pressing (HIP). It is also possible to improve the orientation of the ceramic grains during densification processing. To compensate for the loss of oxygen during HIP, longer oxygen annealing times are typically required.
Weiterhin und wie oben zusammengefaßt, enthält der erfindungsgemäße Energieumformer einen magnetischen Rotor, der so angeordnet werden kann, daß er schwebend gelagert ist und sich gegenüber dem Supraleiterlager bewegt. Der magnetische Rotor kann aus einem beliebigen dauermagnetischen Material oder einem Elektromagneten bestehen. Der magnetische Rotor besteht vorzugsweise aus einem Dauermagneten, insbesondere einem "Supermagneten" auf der Basis eines Seltenerde- oder Übergangsmetalls, obwohl auch konventionelle Ferrite oder Alnico-Magnete verwendet werden können.Furthermore, and as summarized above, the energy converter according to the invention contains a magnetic rotor which can be arranged so that it is suspended and moves relative to the superconductor bearing. The magnetic rotor can be made of any permanent magnetic material or an electromagnet. The magnetic rotor preferably consists of a permanent magnet, in particular a "supermagnet" based on a rare earth or transition metal, although conventional ferrites or alnico magnets can also be used.
Der bevorzugte dauermagnetische Rotor aus Seltenerdemetallen hat eine hohe Koerzitivfeldstärke oder ein hohes Energieprodukt von mindestens 5 MOe. Ein derartiger Magnet kann durch ein Sinter- oder ein Schmelzdrückverfahren erzeugt werden. Bevorzugte Magnete mit einer Sm-Co-Zusammensetzung können z.B. durch Sintern hergestellt werden, während Magnete aus einer Nd-Fe-B-Legierung durch Sintern oder durch Schmelzspinnen hergestellt werden können. Weitere Einzelheiten über diese Prozesse sind in den Arbeiten von M Sagawa et al., J. Appl. Phys., 55, S. 2083 (1984) und J.J. Croat, IEEE Trans. Magn. MAG-1, S. 1442 (1982) enthalten. Auf diese Literaturangaben wird hier im Literaturverzeichnis Bezug genommen.The preferred rare earth permanent magnet rotor has a high coercivity or high energy product of at least 5 MOe. Such a magnet can be produced by a sintering or melt spinning process. Preferred magnets having a Sm-Co composition can be produced by sintering, for example, while magnets made of a Nd-Fe-B alloy can be produced by sintering or melt spinning. Further details on these processes are contained in the works of M Sagawa et al., J. Appl. Phys., 55, p. 2083 (1984) and J.J. Croat, IEEE Trans. Magn. MAG-1, p. 1442 (1982). These references are referred to in the bibliography here.
Der Dauermagnet wird in einer gewünschten Magnetpolkonfiguration in Übereinstimmung mit einem bestimmten Anwendungsentwurf magnetisiert. So kann die Magnetisierung eines einzelnen kontinuierlich magnetischen Rotors z.B. isotrop oder anisotrop sein und, wie oben dargestellt, ein Mehrfacetten, Mehrpol-Muster haben.The permanent magnet is magnetized in a desired magnetic pole configuration in accordance with a specific application design. For example, the magnetization of a single continuously magnetic rotor can be isotropic or anisotropic and, as shown above, a multi-faceted, have multipole patterns.
In einer bevorzugten Ausführung kann der magnetische Rotor eine dreiteilige Struktur aufweisen, nämlich (a) ein erstes magnetisches Element mit zumindest zwei Polpaaren, das elektromagnetisch mit der Statorwicklung gekoppelt ist; (b) einen Zwischenmagneten, der mit dem ersten magnetischen Element in direktem Kontakt ist und mit diesem magnetisch gekoppelt ist; und (c) ein zweites magnetiscnes Element, das (1) mit dem Zwischenmagneten in direktem physischem Kontakt steht, (2) vom ersten magnetischen Element durch den Zwischenmagneten getrennt ist, und (3) mit dem Supraleiterlager magnetisch gekoppelt ist.In a preferred embodiment, the magnetic rotor may have a three-part structure, namely (a) a first magnetic element having at least two pole pairs that is electromagnetically coupled to the stator winding; (b) an intermediate magnet that is in direct contact with and magnetically coupled to the first magnetic element; and (c) a second magnetic element that is (1) in direct physical contact with the intermediate magnet, (2) separated from the first magnetic element by the intermediate magnet, and (3) magnetically coupled to the superconductor bearing.
Das zweite magnetische Element liefert vorzugsweise eine rotationssymmetrische Magnetfeld-Konfiguration, wenn sich der Rotor vorwiegend gegenüber dem Stator dreht. Demgegenüber liefert das zweite magnetische Element vorzugsweise eine translationssymmetrische Magnetfeld-Konfiguration, wenn sich der Rotor hauptsächlich gegenüber dem Stator verschiebt. Wenn eine diskrete oder diskontinuierliche Translations- oder Rotationsbewegung des Rotors gewünscht wird, enthält des magnetische Element vorzugsweise zumindest zwei Polpaare. Bei dieser Konstruktion können diese diskreten Bewegungen schrittweise erfolgen.The second magnetic element preferably provides a rotationally symmetric magnetic field configuration when the rotor primarily rotates relative to the stator. In contrast, the second magnetic element preferably provides a translationally symmetric magnetic field configuration when the rotor primarily translates relative to the stator. If a discrete or discontinuous translational or rotational movement of the rotor is desired, the magnetic element preferably contains at least two pole pairs. With this construction, these discrete movements can occur in steps.
Der magnetische Rotor mit der dreiteiligen Struktur wird aus folgenden Gründen bevorzugt. Es wird theoretisch angenommen, daß diese Struktur jegliche magnetische Interferenz eines Magneten mit dem anderen minimiert. Gleichzeitig maximiert diese Struktur die elektromagnetische Kopplung des ersten magnetischen Elements mit der Statorwicklung, und unabhängig davon die magnetische Kopplung des zweiten magnetischen Elements mit dem Supraleiterlager und erhöht dadurch die seitliche Stabilität und die gewünschte Rotations-/Translations- Freiheit des über dem Supraleiterlager schwebend gelagerten Rotors.The magnetic rotor with the three-part structure is preferred for the following reasons. It is theoretically assumed that this structure minimizes any magnetic interference of one magnet with the other. At the same time, this structure maximizes the electromagnetic coupling of the first magnetic element with the stator winding, and independently the magnetic coupling of the second magnetic element with the superconductor bearing, thereby increasing the lateral stability and the desired rotational/translational freedom of the rotor suspended above the superconductor bearing.
Wie weiter oben zusammengefaßt ist, enthält der erfindungsgemäße Energieumformer einen Stator, und dieser wiederum eine Statorwicklung, die mit einer elektrischen Energiequelle verbunden werden kann und dadurch das zweite Magnetfeld erzeugt. Die bevorzugte Antriebselektronik zur Steuerung der Kommutation der Wicklungen ist in Fig. 2 dargestellt. Insbesondere ist in Fig. 2 ein dauermagnetischer Rotor vorhanden. In anderen, nicht dargestellten Ausführungen kann der magnetische Rotor ein Elektromagnet sein. In Fig. 2 ist auch eine Mehrzahl von Rotor-Positionssensoren dargestellt, die vorzugsweise ein Halleffekt-Meßsystem enthalten, obwohl auch ein elektro-optisches Schaltsystem oder ein Hochfreguenz-Sensorsystem verwendet werden können. Die Rotor-Positionssensoren liefern auf bekannte Art Eingangssignale in eine logische Schaltung und erzeugen so logische Signale, die zur Regelung der Kommutation der Wicklungen verwendet werden können. Die logischen Signale wirken also auf eine Treiberschaltung und eine Kommutations-Steuerungsstufe mit einer Transistor-Brückenschaltung ein, um die Polarität einer Versorgungsspannung entsprechend zu verändern, die den Statorwicklungen zugeführt wird. Im Ergebnis wird eine Drehmomenten-Umkehrung erzielt, und zwar nicht durch Umkehrung der Netzspannung wie bei einem traditionellen Motor, sondern durch Verschiebung der logischen Funktionen um 180º el.As summarized above, the energy converter of the invention includes a stator, which in turn includes a stator winding that can be connected to an electrical energy source and thereby generates the second magnetic field. The preferred drive electronics for controlling the commutation of the windings are shown in Fig. 2. In particular, a permanent magnet rotor is present in Fig. 2. In other embodiments not shown, the magnetic rotor can be an electromagnet. Also shown in Fig. 2 are a plurality of rotor position sensors, which preferably include a Hall effect measuring system, although an electro-optical switching system or a high frequency sensor system can also be used. The rotor position sensors provide input signals to a logic circuit in a known manner and thus generate logic signals that can be used to control the commutation of the windings. The logic signals therefore act on a driver circuit and a commutation control stage with a transistor bridge circuit to change the polarity of a supply voltage applied to the stator windings. As a result, torque reversal is achieved, not by reversing the mains voltage as in a traditional motor, but by shifting the logic functions by 180º el.
Nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wurde auf folgende Art ein bürstenloser Gleichstrommotor gebaut.According to the principles of the present invention, a brushless DC motor was constructed in the following manner.
Es wurde ein Supraleiterlager (s. Fig. 3A) entsprechend den obigen Erläuterungen hergestellt. Das Supraleiterlager bestand aus einem supraleitenden keramischen Hochtemperaturmaterial 2. Art Y Ba2 Cu3 O7. Die Supraleiter-Sprungtemperatur lag in der Umgebung von 90K, so daß seine Supraleitfähigkeit in flüssigem Stickstoff (Siedepunkt 77K) erhalten blieb. Das Supraleiterlager hatte ein kritisches Magnetisierungsfeld Hc2 > 100 K Oe. Das Supraleiterlager hatte die Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von ca. 29 mm und einer Dicke von 4,5 mm. Es hatte eine leichte Krümmung mit einer Tiefe von ca. 0,7 mm im Mittelpunkt. Es wurde theoretisch angenommen, daß eine derartige gekrümmte Form die seitliche Stabilität eines magnetischen Rotors, der oberhalb des Supraleiterlagers gelagert ist und seiner konkaven Oberfläche gegenüberliegt, verstärkt.A superconductor bearing (see Fig. 3A) was manufactured according to the above explanations. The superconductor bearing consisted of a superconducting ceramic high-temperature material of the second type Y Ba2 Cu3 O7. The superconductor transition temperature was in the vicinity of 90K, so that its superconductivity was maintained in liquid nitrogen (boiling point 77K). The superconductor bearing had a critical magnetization field Hc2 > 100 K Oe. The superconductor bearing had the shape of a disk with a diameter of about 29 mm and a thickness of 4.5 mm. It had a slight curvature with a depth of about 0.7 mm at the center. It was theoretically assumed that such a curved shape would enhance the lateral stability of a magnetic rotor mounted above the superconductor bearing and facing its concave surface.
Es wurde ein magnetischer Rotor mit dreiteiligem Aufbau hergestellt. Er ist in Fig. 3B dargestellt. Der erste Teil des Rotors war ein ringförmiger Achtpolpaar-Dauermagnet. Der Magnet bestand aus einer kunststoffgebundenen Nd-Fe-B- Legierung und hatte die Form einer ringförmigen Scheibe mit einem Außendurchmesser von 20,5 mm, einem Innendurchmesser von 8,7 mm und einer Dicke von 1,27 mm. Der Magnet war so magnetisiert, daß er acht Polpaare mit wechselnden Polsektoren hatte, die sich in einem Winkel von ca. 45 in der Mitte gegenüberlagen.A magnetic rotor with a three-part structure was made. It is shown in Fig. 3B. The first part of the rotor was an eight-pole pair annular permanent magnet. The magnet was made of a plastic-bonded Nd-Fe-B alloy and had the shape of an annular disk with an outer diameter of 20.5 mm, an inner diameter of 8.7 mm and a thickness of 1.27 mm. The magnet was magnetized to have eight pole pairs with alternating pole sectors, facing each other at an angle of about 45° at the center.
Der zweite Teil des Rotors bestand aus drei Pufferschichten, wobei jede Schicht aus einem weichen, unlegierten Stahl mit hoher Permeabilität und hoher Sättigungsmagnetisierung bestand. Jede Pufferschicht hatte die Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 21 mm und einer Dicke von 0,10 mm.The second part of the rotor consisted of three buffer layers, each layer consisting of a soft, unalloyed steel with high permeability and high saturation magnetization. Each buffer layer had the shape of a disk with a diameter of 21 mm and a thickness of 0.10 mm.
Der dritte Teil des Rotors bestand aus einem Magneten mit einem Nordpol auf einer Planarfläche und einem Südpol auf einer gegenüberliegenden Planarfläche. Dieser Magnet bestand aus einer kunststoffgebundenen Nd-Fe-B-Legierung wie der Achtpolmagnet und hatte ähnliche Abmessungen.The third part of the rotor consisted of a magnet with a north pole on one planar surface and a south pole on an opposite planar surface. This magnet was made of a plastic-bonded Nd-Fe-B alloy like the eight-pole magnet and had similar dimensions.
Der magnetische Rotor mit diesem dreiteiligen Aufbau wurde durch gegenseitige magnetische Kräfte zusammengehalten.The magnetic rotor with this three-part structure was held together by mutual magnetic forces.
Der in Fig. 3C (Stand der Technik) dargestellte Stator bestand aus einer Statorwicklung in der Art wie bei einem Modell Nummer U-1E von Sony Corp., Japan. Hauptbestandteil dieses Bauteils war ein Satz von drei auf eine gedruckte Schaltung (PCB) montierten Kupferspulen. Die PCB bestand außerdem aus drei Halleffekt-Sensoren, mit denen die Polarität des zweiten Magnetfeldes ermittelt wurde und dadurch der den Kupferspulen zugeführte Strom über eine konventionelle H-Brücken-Transistorschaltung gesteuert und geschaltet wurde. Die Armaturenwicklung war mit einer externen 9V-Batterie verbunden.The stator shown in Fig. 3C (prior art) consisted of a stator winding of the type used in a model number U-1E from Sony Corp., Japan. The main component of this component was a set of three copper coils mounted on a printed circuit board (PCB). The PCB consisted of It also consisted of three Hall effect sensors, which were used to determine the polarity of the second magnetic field and thus controlled and switched the current supplied to the copper coils via a conventional H-bridge transistor circuit. The armature winding was connected to an external 9V battery.
Eine bürstenlose Gleichstrommaschine 10 wurde entsprechend dem Ausführungsbeispiel gebaut. Sie ist in Fig. 4 dargestellt. Sie bestand aus einem Supraleiterlager 12 aus Y Ba2 Cu3 O7 und war in eine Quarz-Petrischale 14 mit flüssigem Stickstoff 16 eingetaucht. Ein magnetischer Rotor 18 war über dem Lager 12 schwebend gelagert. Der Rotor 18 bestand aus einem Achtpolpaar-Dauermagneten 20, einem Puffermagneten 22 und einem Bipolarmagneten 24, der sich gegenüber dem Lager 12 befand. Der Magnet 20 lag andererseits gegenüber einem bürstenlosen Stator 26 und 3 Halleffekt-Sensoren 28. Eine Antriebselektronik 30 war mit dem Stator 26 elektrisch verbunden und bestand aus einer 9V-Batterieschaltung und einem konventionellen H-Brücken-Transistorschalter (nicht abgebildet). Ein Einfacettenspiegel war am Rotor 18 befestigt, um damit die Verwendung des Energieumformers 10 zur Ablenkung eines Laserstrahls 34 in einem Laserabtaster bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 15 000 U/min zu demonstrieren. Dabei entstand an der Position einer Fotozelle 36 eine deutliche abgetastete Linie ohne Diffusion oder Flattern.A brushless DC machine 10 was built according to the embodiment. It is shown in Fig. 4. It consisted of a superconductor bearing 12 made of Y Ba2 Cu3 O7 and was immersed in a quartz Petri dish 14 with liquid nitrogen 16. A magnetic rotor 18 was suspended above the bearing 12. The rotor 18 consisted of an eight-pole pair permanent magnet 20, a buffer magnet 22 and a bipolar magnet 24 located opposite the bearing 12. The magnet 20, on the other hand, was located opposite a brushless stator 26 and 3 Hall effect sensors 28. A drive electronics 30 was electrically connected to the stator 26 and consisted of a 9V battery circuit and a conventional H-bridge transistor switch (not shown). A single facet mirror was attached to the rotor 18 to demonstrate the use of the energy converter 10 to deflect a laser beam 34 in a laser scanner at a rotational speed of 15,000 rpm. This produced a clear scanned line at the position of a photocell 36 without diffusion or flutter.
Die bürstenlose Gleichstrommaschine des Ausführungsbeispiels wurde modifiziert, um ihre Verwendung als bürstenlose Wechselstrom-Synchronmaschine und als Induktionsmaschine zu demonstrieren. Im ersteren Fall wurde die Statorwicklung an eine Wechselstrom-Energieguelle angeschlossen, die Halleffektsensoren entfernt, und die Maschine funktionierte als bürstenloser Wechselstrom-Synchronmotor. Im zweiten Fall wurde die Statorwicklung wieder mit einer Wechselstrom-Energieguelle verbunden, in dem magnetischen Rotor entstanden Wirbelströme, und die Maschine funktionierte als Induktionsmotor.The brushless DC machine of the embodiment was modified to demonstrate its use as a brushless AC synchronous machine and as an induction machine. In the former case, the stator winding was connected to an AC power source, the Hall effect sensors were removed, and the machine functioned as a brushless AC synchronous motor. In the latter case, the stator winding was reconnected to an AC power source, eddy currents were created in the magnetic rotor, and the machine functioned as an induction motor.
a Prozeß-Ablaufdiagramm für einen Ausfällungsprozeß zur Herstellung von supraleitendem Oxidpulvera Process flow diagram for a precipitation process for producing superconducting oxide powder
b Metallsalzlösung (IM)b Metal salt solution (IM)
c Karbonat/Hydroxidlösung (5-10 ºC)c Carbonate/hydroxide solution (5-10 ºC)
d Ausfällungsprozeßd Precipitation process
e Filterne Filter
f Waschenf Washing
g Trocknen bei 80 ºCg Drying at 80 ºC
h Kalzinieren in Luft bei 900º-950 ºCh Calcination in air at 900º-950 ºC
i Mahleni Grinding
a Treiberschaltunga driver circuit
b Logikschaltung und Servokompensationb Logic circuit and servo compensation
c Steuersignalc Control signal
d Eingang, Wechselstrom oder Gleichstromd Input, AC or DC
e Stromversorgunge Power supply
f Stromversorgung für Logikschaltungf Power supply for logic circuit
g Kommutationssteuerstufeg Commutation control stage
h Statorwicklungenh Stator windings
i Wellenpositionssensoreni Shaft position sensors
k Dauermagnetrotork Permanent magnet rotor
l Steuerscheibel Control disc
a Zwischenmagneta intermediate magnet
a Spulea coil
b Leiterplattedb Circuit board
c Halleffektsensorc Hall effect sensor
d Verbindungsstückd connector
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